Реферат: Надежность машин: станки, промышленные роботы

Надежность станков по критерию усталостных разрушений обыч­но бывает достаточной. Это объясняется тем, что универсальные станки работают при переменных нагрузках, с редким использова­нием полной мощности; размеры многих деталей станков определя­ются не прочностью, а другими критериями работоспособности, в первую очередь жесткостью; зубчатые передачи станков работают с износом, затрудняющим развитие трещин поверхностной усталости.

Усталостные поломки деталей привода наблюдаются только в станках, работающих с большими длительно действующими на­грузками, при динамическом характере сил резания, а также при пуске станков без муфт асинхронными двигателями, когда моменты (по экспериментальным данным) достигают 4. . .5 номинальных и при торможении станков противовключением электродвигателей. Поломки зубьев также наблюдаются при дефектах закалки ТВЧ в случаях, если возникают остаточные напряжения рас­тяжения.

Износостойкость является важным критерием надежности ме­ханизмов станков. Особенно изнашиваются механизмы, плохо за­щищенные от загрязнений, плохо смазываемые и работающие в ус­ловиях несовершенного трения. К ним относятся червячные и вин­товые передачи, передачи винт — гайка, рейка — реечная шестер­ня и другие механизмы, расположенные вне корпусов с масляной ванной. Переключаемые и сопряженные с ними шестерни имеют ин­тенсивный износ по торцам зубьев, из-за которого наиболее напря­женные переключаемые шестерни до введения бочкообразной формы закругления зубьев менялись через 2. . .3 года эксплуатации.

В тяжелых и быстроходных станках, а также в узлах, в которых применяются твердые антифрикционные материалы (чугун, твердые бронзы и др.), особую опасность представляет заедание.

Нарушение работы гидроприводов связано с износом клапанов и элементов управления, с нарушением регулировки (из-за недоста­точно хорошей фиксации, низкого качества пружин и др.). Гидро­приводы работают при относительно высоких температурах масла и значительных скоростях, что способствует окислению масла и обра­зованию высокомолекулярных соединений, в результате чего сис­тематически засоряются узкие щели в элементах гидропривода. Недопустимо применять масла из сернистых нефтей, так как при этом гидроприводы из-за выделения высокомолекулярных соедине­ний выходят из строя через несколько месяцев работы.

Точностная (параметрическая) надежность связана с медленно протекающими процессами: износом, короблением, старением. Дол­говечность по точности в первую очередь зависит от состояния на­правляющих, шпиндельных опор и делительных цепей. Необходи­мость капитального ремонта преимущественно вызывается состоя­нием направляющих.

Надежность станков по точности изделий определяют следую­щие факторы:

- нарушение настройки связано со сня­тием сил трения в зажимах, перераспределением сил между зажима­ми и механизмами подвода, а следовательно, и соответствующим из­менением жесткости. Нарушению настройки способствуют ударные нагрузки, а также значительные температурные перепады;

- малость упругих деформаций во избежание недопустимого копи­рования на изделии погрешностей заготовки, трудности установки на размер и т. д.;

- виброустойчивость технологической системы во избежание рас­стройки технологической системы, образования волн на поверхно­сти, отказа в работе из-за недопустимых вибраций;

- малость и постоянство температурных деформаций. Непостоян­ство температурных деформаций связано с разогревом системы, ко­лебаниями температуры воздуха и грунта, переменностью теплооб­разования в механизмах станка в связи с приработкой, изменением уровня масла, регулировкой и т. д., а также переменностью тепло­образования в процессе резания. Многие станки не обеспечивают точности обработки до разогрева; станины длинных станков, при постоянном скреплении с фундаментом, подвергались бы годичным температурным деформациям со стрелой прогиба более 1 мм; на крупных прецизионных колесах, нарезаемых в течение нескольких суток, наблюдаются суточные температурные полосы и т. д.;

- точность подвода перемещающихся узлов, в частности повтор­ных подводов. Разброс связан с переменностью сил трения и кон­тактной жесткости, влияние которых многократно усиливается вследствие динамического характера подвода;

- сохранение размеров и режущих свойств инструмента. Размер­ный износ и нарушение режущих свойств инструментов приводит к изменениям размеров изделий и увеличению упругих отжатий в системе;

точность размеров и постоянство твердости заготовок. Разброс размеров и твердости заготовок приводит к переменным упругим отжатиям инструмента;

предотвращение попадания пыли и стружки на базовые поверх­ности установки обрабатываемых деталей. Характерно, что за рубе­жом в отдельных цехах сборки особо точных станков для предотвра­щения попадания пыли извне поддерживается избыточное давление, а детали поступают полностью обработанными и промытыми.

Надежность станков с ЧПУ может быть характеризована сле­дующими данными по материалам международной организации MTIRA, занимающейся исследованиями станков, время простоев станков с ЧПУ из-за неисправностей составляет 4. . .9% номиналь­ного фонда времени.

Около 55% отказов, по отечественным данным, связано с электронными и электрическими устройствами ввода информации, считывания с перфоленты, переработки информации, электропривода Их устранение занимает около 40% общего времени восстановления. Хотя отказы механических узлов: механизма автоматической смены инструмента, направляющих, шпинделя, системы смазки, привода подач, редуктора датчиков обратной связи — составляют меньшую долю (а именно около 20%), время на их устранение затрачивается такое же.

Вместе с простоями станков по техническим причинам существу­ют простои оборудования по организационным причинам. Эти про­стои на отдельных заводах по данным 1980 г. в два раза и более превышали простои по техническим причинам.

Вероятность безотказной работы станков с ЧПУ на 1978 г. сос­тавляла 0,93 при эксплуатации в течение года и 0,89 - после эксплуатации в течение 5 лет. Гарантийный срок службы к 1980 г. составлял свыше 10 лет. [1]

Надежность станков на стадии проектирования можно оцени­вать по результатам обобщения статистических данных по отказам прототипов, времени восстановления узлов, интенсивности износа и времени замены инструмента, а точностную надежность - рас­четом основных погрешностей станка, их изменения по времени и оценкой влияния каждой из них на точность станка в целом.

Специфика мероприятий общемашино­строительного направления определяется работой многих узлов станков в условиях несовершенного трения: в зоне попадания струж­ки, абразивной пыли, окалины и в условиях переменных режимов, в том числе с малыми скоростями, при которых гидродинамическое трение не обеспечивается.

К наиболее важным из этих мероприятий следует отнести: от­каз от открытых пар трения и совершенствование защиты; широкое применение пар качения и гидростатических, включая подшип­ники, направляющие, пары винт — гайка и др.; широкое примене­ние закалки ТВЧ и других видов поверхностных упрочнений; при­менение материалов, обладающих необходимой износостойкостью и сопротивлением заеданию в условиях

несовершенного трения и за­грязненной смазки; применение новых полимерных материалов, в частности, для направляющих — материалов на основе фтороплас­та 4 (с наполнителем бронзой, дисульфидом молибдена и др.), ком­позиционных быстротвердеющих материалов на основе эпоксидных смол и др.

Мероприятия по повышению точностной надежности вытекают из перечисленных выше факторов, определяющих эту надежность. Для уменьшения влияния износа на точностную надежность и дол­говечность станков применяют предварительный натяг; компенса­цию и самокомпенсацию износа; направление вектора смещений при износе и деформаций в сторону, мало влияющую на точность (оп­тимизация форм трущихся пар); перенос износа на детали или по­верхности, мало влияющие на точность (введение отдельного меха­низма подачи для нарезания резьбы, отдельных направляющих для задней бабки и т. д.).

Мероприятия но повышению надежности автоматизированного производства: оптимизация структуры автоматических линий и автоматизированных участков; включение автоматизированных уст­ройств контроля и измерения точности обработки деталей; примене­ние научно обоснованных методик приемо-сдаточных испытаний по параметрам надежности и производительности; внедрение сис­тем сбора и анализа отказов по сигналам от операторов; применение автоматизированной диагностики причин отказов и технического состояния станков с ЧПУ автоматизированных участков и др.

Оценка конструкции и работоспособности деталей и узлов станков по критериям точности, жесткости, теплостойкости, виброустойчивости, статической прочности может быть произведе­на в основном в процессе кратковременных (приемочных, лабора­торных) испытаний. Для определения надежности по критериям износостойкости, усталостной прочности, а также по ударной прочности в связи с перегрузками необходимы длительные эксплуа­тационные испытания или наблюдения.

Окончательная оценка надежности машин производится по ре­зультатам эксплуатационных наблюдений станкозавода в сотрудни­честве и на площадях заводов-потребителей станков. Учитывая пе­ременность условий работы станков, для получения достоверных результатов необходимо охватить наблюдениями достаточно боль­шое количество станков данной модели, работающих на нескольких заводах. Наблюдения должны производиться периодически через каждые три-четыре месяца работы станков сотрудниками групп на­дежности станкозаводов. К наблюдениям для фиксации отказов и простоя станка привлекают рабочих, обслуживающих станок.

Ускоренные испытания проводят в форсированных условиях. При этом наиболее важные узлы испытывают отдельно, а затем вместе со станком. По такой методике проводит контрольные испытания на надежность станков с ЧПУ фирма MoogLtd (США). Механизм смены

инструмента, работающий с циклом 8 с, испытыва­ют непрерывно 5 ч, в течение которых позиционирование проис­ходит около 600 раз, и т. д. Общее время испытаний каждого стан­ка от начала монтажа до отгрузки потребителю составляет 100 ч. [1]

2. Надежность промышленных роботов